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《科技日報》:水凝膠3D打印可快速生成複雜脈管
发布时间:2019-05-06 00:29

科技日報北京55日电 (记者李山)美国研究团队研发出新型生物打印技术,可快速生成有复杂内部结构的生物相容性水凝胶,用来模仿人体气管和血管等脉管系统,为未来人造功能性器官扫除一个重要的技术障碍。该突破性成果刊登在近日的《科学》杂志上。

人造功能性組織的最大障礙之一,是無法制造出複雜的脈管系統將營養物質運送至人體組織中。此外,人體器官中還包含獨立的脈管網絡,例如肺中的氣管和血管以及肝髒中的膽管和血管,這些相互滲透的網絡在物理上和生物化學上是相互纏繞的,結構本身與組織功能密切相關。

爲了應對這一挑戰,由美國萊斯大學的喬丹·米勒和華盛頓大學的凱利·史蒂文斯領導的研究團隊開發出一種水凝膠3D打印技術。這種新的開源生物打印技術的核心是被稱爲“組織工程立體光刻儀”(SLATE)的設備和相應的藍光吸收劑。該系統應用增材制造原理,在水凝膠預溶液中添加了藍光吸收劑,使得吸收藍光後凝固的水凝膠被限定在非常精細的一層中。

該系統可以在幾分鍾內生成具有複雜內部結構的生物相容性水凝膠。這使科學家們能夠創造出複雜的脈管網絡,模擬人體血液、空氣和淋巴等物質的自然通道。

爲了證明該研究的原理,科學家們生成了一個模擬肺泡的水凝膠模型,實驗表明人造氣管可將氧氣輸送至人造血管網絡中,與人體肺泡的氣體交換活動相似,紅血球流經人造肺泡周圍的血管網絡時能夠捕獲氧氣。此外,爲了驗證打印組織的生物兼容性,研究人員還將含有肝細胞的生物打印結構植入有慢性肝損傷的小鼠體內,結果顯示,肝細胞能夠在植入後存活。

利用患者自身組織細胞通過生物打印來生成移植用功能性器官一直是科學家們的夢想,因爲它不僅能解決來源稀缺問題,還能防止器官排斥。不過,史蒂文斯表示,肝髒的功能有500種之多,這樣的複雜性意味著目前尚沒有人造物可以替代,但未來的生物打印器官有望實現這一目標。預計生物打印在20年內將成爲醫學的重要組成部分。